一种含对外充电的燃料电池车辆的供电架构

技术领域

本发明属于燃料电池车辆技术，具体涉及一种车载燃料电池供电系统。

背景技术

燃料电池车辆的供电架构通常基于燃料电池系统以及车辆的要求具有不同的模式。燃料电池车辆作为新能源车辆的发展方向尚未被广泛的应用。纯电动汽车已广泛应与与社会各领域。现在困扰纯电动车辆进一步发展的问题之一如何实现纯电动车辆方便，及时的充电。燃油移动充电车通过燃油发电机发电，转化后可实现对纯电动车辆充电；但该种车辆系一种专用车辆。现有将燃料电池车辆作为专用的充电池的技术出，CN108400627A公开一种移动充电装置、控制方法及充电车，仅将燃料电池作为对外充电使用，其实也是一种专用的充电车辆。该文献尚没有公开车辆整体的供电架构。

CN107985087A燃料电池移动充电车及其充电控制方法，它将动力电池的电源输出端与所述燃料电池并联，为所述移动充电车提供驱动力和辅助电能。该构架中，燃料电池对动力电池的充电的动作执行将产生困难，也增加能量回收的控制难度。同时对于对外充电接口而言，必须通过动力分配单元后，再进行DCDC转化后输出，即单独设置一个专用于对外充电的DCDC转化电路，如果车辆上其他用电设备也需要转化，则有的需要增加转化电路，增加电路的连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含对外充电的燃料电池车辆的供电架构，实现简明的车载供电体系架构。

本发明含对外充电的燃料电池车辆的供电架构的技术方案包括：燃料电池系统，发电，用于提供整车第一总电源；

DCDC转换器，用于将燃料电池系统输出的电源转换；

动力电池，用于提供整车第二电源，接受第一总电源实施充电，回收车辆行驶能量；

电源配电单元，接受DCDC转换器和/或动力电池输出电能，将电能配置多路输出，包括DCDC转换器输出电能配置输出到对外充电的充电接口，配置输出到动力电池充电；配置车辆驱动电机电力输出，配置车辆用电设备电力输出；

燃料电池控制器，用于燃料电池系统的发电控制，及DCDC转换器控制，与整车控制器交互；

整车控制器，用于监测控制汽车运行，充电状态管理；与燃料电池控制器交互，与电池管理系统进行交互，与电源配电单元交互；

充电控制器，用于接收整车控制器充电状态管理信号，充电过程实施控制；与电源配电单元交互；

外充电接口，设置与车身上，用于对外连接本充电装置，接收充电控制器充电控制指令。

燃料电池系统包括电堆以及附属设备，通过燃料电池控制器对燃料电池系统的发电实现控制，发出的电能通过DCDC转换器转换后输出给电源配电单元，通过电源配电单元的电源的配置功能实现不同需求的电能输出，电源配电单元与整车控制器数据的交互，使得整车控制器可以快速获取电源配电单元的工作状态信号，识别电源配电单元的运行数据，做出相应的运行状态的控制。整车控制器与电池管理系统进行交互，可以快速获取电池管理系统的工作状态信号，识别电池管理系统的运行数据，做出相应的运行状态的控制指令。

有本发明充电状态包括多种情况包括：外充电接口对外用电设备包括纯电动汽车的电池充电，车辆自身动力电池的充电以及车辆行驶过程中，能量回收时对自身动力电池的充电，充放电状态复杂，设置充电控制器通过整车控制器交互，在整车控制器通过车辆的状态识别出不同的充电状态，通过充电控制器对充电过程实施控制，架构层级清晰简单。

进一步的优化特征包括，所述对外充电接口包括设在车身上的快充接口和慢充接口。

进一步的优化特征包括，整车控制器的控制端还连接显示装置，与显示装置交互。

进一步的优化特征包括，显示装置包括人机交互单元，交互选择充电模式；显示单元，显示充电状态信息。

在对外实施充电时，通过人机交互单元设定调整充电需求，如：满充、部分充、指定SOC值等参数。

进一步的优化特征包括，还包括支付管理单元，与整车控制器交互或充电控制器交互，产生对外充电启闭指令。

进一步的优化特征包括，所述燃料电池系统，DCDC转换器和燃料电池控制器包括多路并联输出结构，每一路的DCDC转换器与电源配电单元连接，每一路的燃料电池控制器与整车控制器连接。

本发明的车载供电架构，利用整车控制器作为中央处理枢纽，充分利用电源配电单元的配置作用，实现高度的模块化，实现硬件设备清晰，简洁的层次设置；不仅能实现车辆正常的行驶，也能实现驻车后，对外输出高压电能对外实现充电，使得每一辆燃料电池车辆都具有自行以及对外充电。

附图说明

图1实施例一系统示意图。

图2实施例二系统示意图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

如图1所示，本实施以燃料电池车辆为例予以说明，它可以是燃料电池的乘用车、商用车。燃料电池系统1包括燃料电池电堆以及附属设备，燃料电池系统1的电源输出端连接DCDC转换器2，DCDC转换器2完成对燃料电池系统1的电源转换，进而形成整车的直流供电总电源；燃料电池控制器3实现燃料电池系统1内部的数据采集，控制协调；整车控制器13与燃料电池控制器3交互，整车控制器13获知车辆及燃料电池系统1的状态后，控制协调车辆运行参数，协调燃料电池控制器3。

本实施例中还包括辅助第二电源，第二电源可以采用动力电池或超级电容，实施例采用动力电池8。DCDC转换器2的输出端连接电源配电单元4的第一端；电源配电单元4的第二端连接动力电池8；电源配电单元4的第二端与动力电池8实现双向电能传输。

当动力电池8作为辅助电源时，动力电池8向电源配电单元4提供电能；当动力电池8被充电时，电源配电单元4将燃料电池系统1的电能传输对动力电池8进行充电。

整车控制器与电池管理系统进行交互，可以快速获取电池管理系统的工作状态信号，识别电池管理系统的运行数据，做出相应的运行状态的控制指令。

电源配电单元4包括多路输出，包括电源配电单元的第三端连接车载用电设备7输出，电源配电单元的的第四端连接对外充电接口10，电源配电单元的的第五端连接电机控制器5，电机控制器5的功率输出端以及控制信号端分别连接驱动电机6。

电源配电单元与整车控制器数据的交互，使得整车控制器可以快速获取电源配电单元的工作状态信号，识别电源配电单元的运行数据，做出相应的运行状态的控制。

外充电接口10设置在车身适合的部位；它可以包括快充接口和慢充接口。

对于本系统的弱电部分，包括燃料电池控制器3，燃料电池系统1控制信号端连接燃料电池控制器3；整车控制器13的信号端与燃料电池控制器3连接；燃料电池控制器3的信号还与DCDC转换器2连接，实现对控制DCDC转换器2的控制。

电池管理系统9与动力电池8连接。

整车控制器13控制端与充电控制器14连接，充电控制器14的控制端分别电池管理系统9以及对外充电接口10连接。

整车控制器13的控制端还分别连接显示装置15和计量器16。显示装置15可采用基于人机交互的显示仪表。

上述控制指令可以通过采用但不限于车载CAN实现传输。

如图2所示，提供另一个实施例，具有多路的燃料电池系统，发电部分可以采用多组燃料电池系统，如燃料电池系统1’、DCDC转换器2’、燃料电池控制器3’；

再一个实施例中，作为专用移动充电车上，可能需要提供多组充电接口，如对外充电接口10’、充电电缆11’、被充电池12’；

当然，还可以包括另一种实施例，对于具有对外充电的燃料电池车辆有收费需求的，可以增加支付管理单元17；与整车控制器交互或充电控制器交互，可基于充电时长，充电电量支付要求产生对外充电启闭指令，支付管理单元17与人机交互的显示仪表的显示装置15交互。

显示装置15可以设置在汽车仪表中。

在发电部分，燃料电池系统1是燃料电池汽车的动力源，通过输入氢气和空气，在燃料电池系统1中产生电力和水，电力通过DCDC转换器2调节电压，燃料电池控制器3控制燃料电池系统正常运行，并根据车辆动力需求或充电需求控制输出功率或电流；在用电部分，配电单元4根据用电需求将电力分配给各用电器或电力控制器，作为燃料电池汽车，燃料电池必须满足汽车行驶需求，将电力输送给电机控制器5和驱动电机6，为了保证燃料电池系统运行，需要分配部分电力给辅助用电器7，为了回收制动能量，燃料电池汽车配备有动力电池8和电池管理系统9，当汽车制动时，驱动电机6发电，同通过电机控制器5向动力电池8充电，当动力电池8的SOC较低时，燃料电池给动力电池8充电，当汽车行驶需要加速或爬坡等高负荷时，动力电池8向驱动电机6提供电力，当汽车处于对外充电模式时，配电单元4关闭电机控制器5和动力电池8配电，开启对外充电接口10配电，此时尚不能充电，当满足充电条件，通过充电电缆11对被充电池12充电；在控制部分，整车控制器13监测汽车状态，当汽车处于非对外充电模式时，整车控制器13接收汽车油门、制动、燃料电池系统等信号，控制车辆正常运行，当汽车驻车后，可以进入对外充电状态，通过显示装置15(人机交互的显示仪表)输入充电指令和充电需求，充电控制器14判断充电电缆11是否已经安全接入被充电池12以及判断其它安全条件，当满足充电条件后，充电控制器14根据充电流程控制燃料电池发电量、控制配电单元开启充电接口10，向被充电池12充电，当充电满足要求后，停止充电，关闭充电配电单元，根据输入指令，可以强制中断充电；燃料电池可以满足大功率充电需求，在显示装置15(人机交互的显示仪表)中设有快充、慢充多种充电模式，充电完成后计量器会显示被充电池状态及充电量。